Tratamiento y reutilización de efluentes de la industria textil mediante técnicas de membranas

Abstract

Textile industry consumes large amount of water in their processes, mainly in dyeing and finishing operations. In general, during the dyeing process, up to 30% of dyes used can be discharged into wastewater. For this reason, the wastewater generated by this industry is characterized by high colouration. Different treatments such as biological or physico-chemical processes have been used to treat this kind of wastewater. Nonetheless, these treatments do not degrade dyes and, in general, a post-treatment is required. In recent years, the interest for the application of membranes technologies to the removal of dyes has increased significantly. In this work, the feasibility to treat textile effluents containing residual dyes by means of membrane processes has been studied. In addition, the reuse of recovered dyes and/or treated water in new dyeing processes has been also tested. With this propose, two classes of dyes were selected: vat, represented by indigo, and disperse dyes. Vat dyes are one of the most popular dyes in the textile industry, especially indigo dye which is used in the denim industry. Its main advantage is the low solubility in water when is into its oxidized form, being easily separated by means of membranes. Before the membrane study, it was necessary to develop and validate analytical methods for indigo dye determination in dye baths. Although the three studied methods were able to quantify the indigo dye, the redox titration was selected as the most suitable for the measurement of indigo dye concentration in dye baths. Regarding the membrane treatment, industrial effluents that contained indigo dye were treated by means of different PVDF ultrafiltration membranes at laboratory and semi-industrial scale. The membrane treatment enabled to remove and recover indigo dye from wastewater. Moreover, the concentrates containing 20 g·L-1 of indigo dye were able to be reused in new dyeing processes. Fabrics dyed with 100% of recovered indigo exhibited similar characteristics than the ones obtained with the commercial dye. Disperse dyes were selected because they are used for dyeing of polyester which is the most consumed fibre in the world. First of all, synthetic effluents containing disperse dyes were treated by a PVDF ultrafiltration membrane. About 90% and 96% COD decrease and dye removal were achieved, respectively. The 100% of the obtained permeate was reused in new dyeings and no significant colour differences were observed between reference fabrics and the ones dyed with the permeate. Subsequently, textile effluents supplied by a polyester mill were treated by coupling a homogenization-decantation treatment with two PVDF ultrafiltration membranes at both laboratory and semi-industrial scale. At the end of treatments, the COD removal was 66% and colour reduction was 30%. Regarding the permate study, 100% permeate could be reused in the case of monochromies whereas 50% permeate was reused for trichromies. Finally, a hybrid treatment based on the combination of polysulphone membrane microfiltration and heterogeneous photocatalytic process was evaluated to degrade disperse dyes. The photocatalytic treatment was optimized and provided 60-90% dye degradation and COD removal from 70% to 98%. The membrane treatment enabled to separate the TiO2 particles and provided very high quality permeates.

La industria textil consume grandes cantidades de agua en sus procesos, principalmente en las operaciones de tintura y acabado. En general, durante el proceso de tintura, hasta un 30% del colorante utilizado puede ser vertido en las aguas residuales. Por esta razón, las aguas residuales generadas por esta industria se caracterizan por presentar una fuerte coloración. Diferentes tratamientos, como procesos biológicos o físico-químicos, han sido usados para tratar este tipo de aguas residuales. Sin embargo, ninguno de estos tratamientos permite la degradación del colorante, siendo necesario un post-tratamiento. Por ello, en los últimos años, se ha incrementado el interés por la tecnología de membranas en la eliminación de los colorantes. En este trabajo, se ha estudiado la viabilidad de los procesos de membranas para el tratamiento de efluentes textiles que contenían colorantes residuales. Además, también se evaluó la posibilidad de reutilizar los colorantes recuperados y/o el efluente tratado en nuevos procesos de tintura. Para llevar a cabo este objetivo, se seleccionaron dos clases de colorantes: tina, representados por el colorante índigo, y los dispersos. Los colorantes tina son uno de los más utilizados en la industria textil, especialmente el colorante índigo el cual se usa en la industria del denim. Una de las principales ventajas de este colorante es su baja solubilidad en agua cuando se encuentra en su forma oxidada, lo que facilita su separación mediante membranas. Antes del estudio de recuperación del colorante índigo, fue necesario desarrollar y validar métodos analíticos para su determinación en los baños residuales. Aunque los tres métodos estudiados permitieron su cuantificación, el método basado en la valoración redox fue seleccionado como el más adecuado para la determinación de índigo en baños de tintura. Con respecto al tratamiento con membranas, efluentes industriales que contenían colorante índigo fueron tratados mediante membranas de ultrafiltración de PVDF a escala de laboratorio y semi-industrial. El tratamiento permitió recuperar el índigo y concentrarlo hasta 20 g·L-1, pudiendo ser reutilizado en nuevos procesos de tintura. Las tinturas llevadas a cabo con el 100% del colorante recuperado mostraron similares características que las tinturas con colorante comercial. Los colorantes dispersos fueron seleccionados debido a que se utilizan en la tintura de fibras de poliéster, la cual es la más consumida a nivel mundial. En primer lugar, los efluentes que contenían colorantes dispersos fueron tratados con membranas de ultrafiltración de PVDF, consiguiéndose hasta un 90% de DQO y un 96% de disminución en la concentración del colorante. El 100% del permeado obtenido se reutilizó en nuevas tinturas sin observarse diferencias de color significativas con respecto a las tinturas de referencia llevadas a cabo con agua descalcificada. Posteriormente, efluentes suministrados por una empresa especializada en la tintura de fibras de poliéster, fueron tratados mediante la combinación de un proceso de homogenización-decantación y dos membranas de ultrafiltración de PVDF, a escala de laboratorio y semi-industrial. Al final de ambos tratamientos, se obtuvo una eliminación de DQO del 66% y una reducción del color del 30%. El 100% del permeado obtenido pudo ser reutilizado en el caso de monocromías, mientras que el 50% fue reutilizado en tinturas con tricromías. Finalmente, se evaluó la degradación de los colorantes dispersos con un sistema hibrido formado por un procesos fotocatalítico y una membrana de microfiltración de polisulfona. El tratamiento fotocatalítico se optimizó obteniéndose una eliminación del colorante entre el 60% y el 90%, y una eliminación de DQO entre el 70% el 98%. La membrana permitió separar las partículas de TiO2, consiguiéndose un permeado de alta calidad.